豐田、本田、日產(chǎn)電動(dòng)汽車專利計(jì)量分析

陳騰 曾國屏 楊君游*

（清華大學(xué)科學(xué)技術(shù)與社會(huì)研究中心，北京 100084 清華大學(xué)深圳研究生院，深圳 518055）

1、引言

現(xiàn)代制造技術(shù)越來越復(fù)雜，福特時(shí)代以提高制造能力為主的狀況已經(jīng)不復(fù)存在。在加工制造和單純生產(chǎn)的附加值不斷降低、投資回報(bào)日趨減少、并且產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)之間的差距逐漸減小的情況下，產(chǎn)品的研發(fā)能力成為企業(yè)提高自身競爭力的關(guān)鍵。在創(chuàng)新的價(jià)值鏈中，產(chǎn)品研發(fā)處于價(jià)值鏈的前端，是微笑曲線的價(jià)值聚集處[1]。產(chǎn)品研發(fā)能力的提升，通常是通過加大科技研發(fā)力度，增強(qiáng)基礎(chǔ)研究力量，并以專利這種顯性知識(shí)的形式表達(dá)出來。在汽車這種技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜的行業(yè)中，企業(yè)的研發(fā)能力顯得尤為重要。

日本是一個(gè)非常重視技術(shù)的國家。上世紀(jì)八十年代，日本經(jīng)濟(jì)的騰飛就是靠著引進(jìn)吸收國外的先進(jìn)技術(shù)，再次創(chuàng)新后轉(zhuǎn)變?yōu)樽约旱募夹g(shù)，這種集成創(chuàng)新的方式使得日本在技術(shù)上一度領(lǐng)先，多個(gè)領(lǐng)域的專利處于世界領(lǐng)先地位。日本的這種創(chuàng)新方式使其能夠大大降低研發(fā)投入，快速掌握新技術(shù)，并形成自己的技術(shù)體系。日本企業(yè)通過形成外圍網(wǎng)絡(luò)的方式，使基礎(chǔ)專利失去其活躍的效力。但這種集成創(chuàng)新形式也帶來了另外一種后果，即由于忽視了作為技術(shù)源頭的基礎(chǔ)創(chuàng)新，以致在下一次的技術(shù)浪潮中，歐美國家憑借其基礎(chǔ)創(chuàng)新的優(yōu)勢再次發(fā)展起來，而日本則顯得力不從心。過分依賴于拿來的基礎(chǔ)創(chuàng)新，這是日本技術(shù)專利戰(zhàn)略的重要缺陷。[2]基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新的活力來源，對(duì)于國家戰(zhàn)略資源的儲(chǔ)備有重要意義[3]。日本近年來逐漸認(rèn)識(shí)到要加大對(duì)基礎(chǔ)研究的投入，應(yīng)當(dāng)改正“重應(yīng)用，輕基礎(chǔ)”的格局，保證創(chuàng)新的源頭活水。為此，1995年日本通過了《科學(xué)技術(shù)基本法》，明確指出了基礎(chǔ)研究的獨(dú)創(chuàng)性和重要性，加大了對(duì)科學(xué)技術(shù)研究的投入，對(duì)推進(jìn)基礎(chǔ)研究給予政策上的支持，這種舉措表明，日本政府轉(zhuǎn)變了科技發(fā)展戰(zhàn)略，提升了對(duì)基礎(chǔ)研究特別是基礎(chǔ)專利技術(shù)研究的重視。在這種科技發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，經(jīng)過十多年的積極努力，日本在許多技術(shù)領(lǐng)域又重新奪得了專利的領(lǐng)先地位，本文要研究的電動(dòng)汽車就是這樣的一個(gè)領(lǐng)域。

當(dāng)今世界，油氣資源日益枯竭，人們面臨日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)，節(jié)能減排、低碳環(huán)保的內(nèi)在需求，迫使人們重視發(fā)展能效高、污染少、噪聲低的新能源汽車，以電池為主的電動(dòng)汽車技術(shù)成為最具潛力的解決方案。電動(dòng)汽車，是指由電池或者其他儲(chǔ)能設(shè)施為動(dòng)力，以電機(jī)驅(qū)動(dòng)來行駛的車輛。電動(dòng)汽車代表著汽車行業(yè)未來的發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)的必然選擇。美國、日本等發(fā)達(dá)國家均通過高額補(bǔ)貼、制定汽車發(fā)展戰(zhàn)略等舉措來推進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展，政府和企業(yè)也都投入了大量的資源來研究相關(guān)技術(shù)。在我國，電動(dòng)汽車也作為“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展工程”被列入《十二五規(guī)劃綱要》[4]，加大力度支持電動(dòng)汽車的科技創(chuàng)新。從全球電動(dòng)汽車專利計(jì)量來看，自2006年起，全球電動(dòng)汽車相關(guān)專利申請(qǐng)量激增，呈現(xiàn)直線上升趨勢[5]。電動(dòng)汽車高產(chǎn)機(jī)構(gòu)的前10名中有8名出自日本，豐田、日產(chǎn)、本田三家電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠商居于排名前三的位置。對(duì)豐田、本田和日產(chǎn)這三家日本企業(yè)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)＠闆r的比較分析，可以探察電動(dòng)汽車技術(shù)未來的發(fā)展趨勢，對(duì)于我國電動(dòng)汽車技術(shù)路線的選擇和研發(fā)具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

本文專利分析的數(shù)據(jù)來源于德溫特專利數(shù)據(jù)庫，檢索年限為2002到2011年十年間的專利數(shù)據(jù) 。1由于專利從申請(qǐng)到公布有18個(gè)月的期限，因此本文沒有使用2012年的數(shù)據(jù)。

2、專利數(shù)量和類別

從歷年的專利數(shù)據(jù)來看，豐田公司具有數(shù)量上的優(yōu)勢，其10年間的專利數(shù)量約是其他兩個(gè)公司專利數(shù)總和的兩倍，這與豐田公司十年來重視專利戰(zhàn)略，注重技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)密不可分。從下面豐田、本田和日產(chǎn)三個(gè)公司專利數(shù)量的趨勢變化可以看出，在2000年時(shí)，三個(gè)公司的專利數(shù)量差異不大，但之后隨著豐田公司的加速發(fā)力，專利數(shù)量呈持續(xù)大幅度增長的態(tài)勢，在2008年和2009年專利量均攀升到11000件的高度，而本田和日產(chǎn)專利數(shù)量的增長則顯得相對(duì)和緩，年專利量基本上是在4000件以之下徘徊，日產(chǎn)公司的專利量在2000年之后甚至還呈現(xiàn)出大幅下降趨勢（圖1）。

圖1 2002-2011豐田、本田、日產(chǎn)專利數(shù)量趨勢圖

從另一項(xiàng)指標(biāo)——國際PCT專利申請(qǐng)——來看，依然是豐田的專利增速大幅領(lǐng)先，不過本田和日產(chǎn)也一直保持著穩(wěn)定增長態(tài)勢，這表明日本三家汽車公司都極為注重海外市場的專利保護(hù)（圖2）。由于國際PCT專利的申請(qǐng)需要高昂的專利申請(qǐng)費(fèi)用，因此，透過國際PCT專利的申請(qǐng)，可以較為明晰地研判出公司的專利策略。

圖2 2002-2011年豐田、本田、日產(chǎn)PCT專利數(shù)量趨勢圖

在專利分布方面，2002—2011年的10年間，豐田公司的專利分類前10如圖3。專利分類T01-J07D1的出現(xiàn)頻次高達(dá)7791次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他分類。該分類表示的是汽車微處理器相關(guān)技術(shù)，即采用數(shù)字芯片處理器實(shí)現(xiàn)整車的數(shù)字控制。這說明，隨著汽車電氣化的加深，以及汽車的電動(dòng)化演變，汽車的控制需求變得越來越復(fù)雜，汽車的高性能需要高精密的參數(shù)配合，硬件性能的發(fā)揮需要相配套的軟件支持。其他分類依次為混合電動(dòng)技術(shù)、電動(dòng)汽車技術(shù)、電池串并聯(lián)技術(shù)、蓄電池技術(shù)、燃料電池技術(shù)、燃料電池控制技術(shù)等。從專利分布可以看出，豐田的技術(shù)研發(fā)偏重以混合動(dòng)力為主的新能源汽車，這和豐田公司未來的生產(chǎn)線悉數(shù)采用混合動(dòng)力化息息相關(guān)。此專利類別分布圖也表明，豐田在重視提高硬件參數(shù)的同時(shí)，也極為重視汽車配套設(shè)施的研究與開發(fā)（圖3）。

圖3 2002-2011年豐田專利類別分布圖

相比較而言，本田的專利數(shù)量比豐田要少得多（見圖4）。兩個(gè)公司的共同點(diǎn)，是分類T01-J07D1專利數(shù)量最多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他分類，這表明汽車電氣化是兩家公司在專利研發(fā)上的共識(shí)。本田公司其后的三個(gè)專利分類是X21-B01A、X16-C09和X21-A01J，分別為牽引電池、燃料電池控制技術(shù)和燃料電池技術(shù)，表明本田在電動(dòng)汽車的電源上投入了更多的精力，燃料電池的研發(fā)是本田重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。同時(shí)，在本田排名前十的專利分類中有代表摩托車技術(shù)的X22-P02，這在豐田排名前10的專利分類中沒有出現(xiàn)，表明本田對(duì)摩托車的電動(dòng)化研究有所關(guān)注。

圖4 2002-2011年本田專利類別分布圖

日產(chǎn)公司的專利類別分布圖顯示，日產(chǎn)排名第一位的專利分類與豐田和本田是一致的，說明汽車電氣化技術(shù)是電動(dòng)汽車研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域（見圖5）。日產(chǎn)排名第二的專利分類是X21-A01F，即電動(dòng)汽車技術(shù)，排名第三的是X16-09C，即燃料電池控制技術(shù)，且排名前三的專利分類是齊頭并進(jìn)，在數(shù)量上差別不大，這表明純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車的研發(fā)是日產(chǎn)公司重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。如純電動(dòng)汽在技術(shù)研發(fā)上能取得突破性進(jìn)展，日產(chǎn)公司將會(huì)取得在純電動(dòng)汽車的技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域處于相對(duì)的優(yōu)勢地位。

圖5 2002-2011年日產(chǎn)專利類別分布圖

企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)反映在專利的增長率上。當(dāng)某一類專利的數(shù)量逐漸下降時(shí)，表明該類專利所對(duì)應(yīng)的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟或者將被新的技術(shù)所替代，大規(guī)模的研發(fā)投入已經(jīng)沒有必要；而某一類別專利數(shù)量較少且持續(xù)增長時(shí)，表示這個(gè)領(lǐng)域的專利還有相當(dāng)大的發(fā)展空間和開發(fā)價(jià)值，值得新進(jìn)入者進(jìn)行研發(fā)投入。下面對(duì)豐田、本田和日產(chǎn)三家汽車廠商2002—2011年10年間排名前10的專利變化趨勢進(jìn)行對(duì)比分析，其中剔除了近年來不再出現(xiàn)的專利分類。

從豐田公司的專利變化趨勢，可以看出，部分專利分類一直在增長，而有些專利已經(jīng)不再增長或者退出前10（見圖6）。最為明顯的是T01-J07D1，為汽車微處理器系統(tǒng)，而且在2006年該專利數(shù)量激增，說明將微處理器作為汽車控制系統(tǒng)集成，已經(jīng)深受豐田公司重視，預(yù)計(jì)今后該專利數(shù)量仍將繼續(xù)增加，應(yīng)該為汽車廠商所關(guān)注。技術(shù)分類X21-A01D、X22-P04A均和混合動(dòng)力汽車相關(guān)，這和豐田的混合動(dòng)力汽車戰(zhàn)略相吻合，可見專利確實(shí)能夠從一個(gè)側(cè)面反映出某一企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)，并能據(jù)此進(jìn)行未來專利發(fā)展趨勢的預(yù)測和分析。豐田在X21-B01A、X21-A01J占有較多的專利數(shù)量，但近年來在這幾個(gè)專利類別上呈現(xiàn)下降的趨勢，該分類分別表示牽引用蓄電池和燃料電池，表現(xiàn)汽車廠商對(duì)此的關(guān)注度在下降。分類X22-A01F表示電動(dòng)汽車技術(shù)，近年來的增長較為顯著，說明豐田已經(jīng)開始重視純電動(dòng)汽車的研發(fā)，以期為今后的純電動(dòng)汽車化儲(chǔ)備技術(shù)基礎(chǔ)。

圖6 2002-2011年豐田專利類別趨勢圖

本田公司的專利數(shù)量相對(duì)較少（見圖7）。T01-J07D1（汽車微處理器系統(tǒng)）在2006年獲得激增式發(fā)展，這與豐田公司專利的發(fā)展情況大體一致，進(jìn)一步說明該專利分類在電動(dòng)汽車發(fā)展中的重要性。X16-C09呈現(xiàn)逐年下滑的趨勢，該專利分類表示燃料電池的控制技術(shù)，例如催化劑、氣體流等等，而分類代碼X21-A01J表示電動(dòng)汽車中的燃料電動(dòng)汽車技術(shù)，這兩者的變化一方面說明，本田仍將燃料電動(dòng)汽車視為本公司的技術(shù)重點(diǎn)，另一方面也說明，本田正在逐步將關(guān)注重心向整車方向轉(zhuǎn)移。X21-B01A（牽引用蓄電池）也是正在增長的專利分類。X21-A01D（混合電動(dòng)汽車）也表現(xiàn)出和緩的持續(xù)增長趨勢，說明本田近年來雖然大力推進(jìn)混合動(dòng)力的發(fā)展路線，但其投入的研發(fā)力度與豐田相比尚有較大差距，因此在該領(lǐng)域的研究進(jìn)展和專利水平與豐田相比也有較大差距（圖8）。

圖7 2002-2011年本田專利類別趨勢圖

與豐田和本田相比，日產(chǎn)的專利路線還較為模糊（見圖8）。T01-J07D1是其專利數(shù)量最多的分類，該類專利在2007年有過陡然劇增的勢態(tài)，但總體趨勢仍是比較和緩的增長。X16-C09和X21-A01J的變化與本田比較相似，由于在燃料電池上沒有取得根本性的突破，兩家公司均已轉(zhuǎn)移了研究重點(diǎn)。日產(chǎn)在其他的專利分類上并沒有明顯的增長趨勢，數(shù)量較多的專利分類均集中在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，這或許從一個(gè)側(cè)面反映出，純電動(dòng)汽車路線是日產(chǎn)一直以來的研發(fā)方針。

圖8 2002-2011年日產(chǎn)專利類別趨勢圖

3、專利分布分析

可視化是文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)近年來的熱點(diǎn)方向。可視化是通過對(duì)文獻(xiàn)的挖掘和整理，將之以圖形的方式表現(xiàn)出來，從而使得統(tǒng)計(jì)結(jié)果更為直觀和明晰化。專利地圖是把專利分布進(jìn)行可視化的結(jié)果。專利地圖將專利文獻(xiàn)進(jìn)行整理，將一次、二次、三次等專利信息“地圖化”（可視化）。專利地圖可視性強(qiáng)，易于直觀分析理解。依據(jù)其用途的不同，專利地圖可分為專利管理圖、專利技術(shù)圖、專利權(quán)利圖等。國際上常用的專利可視化軟件有Aureka、Thomson Data Analyzer、Citespace等。CiteSpace由美國德雷賽爾大學(xué)的陳超美博士開發(fā)，是用于分析并可視化共引網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序，可以用來識(shí)別出特定知識(shí)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢[2]。本文使用該軟件處理和分析從德溫特專利數(shù)據(jù)庫所得到的專利信息。

本文分別檢索了豐田、本田、日產(chǎn)的電動(dòng)汽車專利數(shù)據(jù)，形成三個(gè)專利聚類圖。豐田的專利分布形成了兩個(gè)大的聚類。（見圖9）第一個(gè)聚類是以德溫特手工代碼X21-A01D為中心的聚類。X21-A01D代碼表示電動(dòng)汽車中的混合動(dòng)力汽車，在豐田的所有電動(dòng)汽車專利分類中排名第一，并且專利數(shù)量也保持著逐年遞增的較高增速，表明豐田從初期開始就一直將混合動(dòng)力汽車作為技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)。在這個(gè)聚類中，第二重要的分類是X21-A01F，指代Electric vehicle，是電動(dòng)汽車技術(shù)；第三分類是X22-P04A，表示并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián)三種混合動(dòng)力技術(shù)和燃料電池混合技術(shù)。其次的分類分別為T01-J07D1（汽車微處理器）、X21-A01D1（并聯(lián)混合動(dòng)力）、X21-A02A（電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)）等等。

分類T01-J07D1和X21-A05在豐田近期的專利中不斷增多，它們分別表示汽車微處理器和儀表顯示技術(shù)。在混合動(dòng)力汽車取得成功后，一方面，豐田公司繼續(xù)提高混合動(dòng)力汽車性能，另一方面，則更加注重汽車的電子化。混合動(dòng)力汽車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性技術(shù)，需要各個(gè)部件精密的協(xié)同配合才能發(fā)揮出好的效能，這兩個(gè)專利分類的不斷增長意味著豐田公司逐步重視汽車的“軟件”，而非僅僅是開發(fā)出硬件性能好的汽車。

豐田電動(dòng)汽車專利的第一個(gè)聚類圍繞著整車的控制技術(shù)，第二個(gè)分類則是更加核心的電源聚類。第一位的X21-B01A表示牽引用蓄電池，包括大容量電池技術(shù)和燃料電池技術(shù)；X21-A01J則是燃料電池汽車技術(shù)，該聚類的其他分類也以燃料電池技術(shù)為主。除了持續(xù)關(guān)注新型蓄電池技術(shù)，豐田公司也投入大量精力研究燃料電池技術(shù)。

圖9 2002-2011年豐田專利聚類圖 2

本田與豐田的專利分布極為類似，雖然兩個(gè)公司在專利數(shù)量上相差很大，但專利結(jié)構(gòu)卻大體趨同。（見圖10）值得注意的是，近期本田在“并聯(lián)混合動(dòng)力汽車技術(shù)”的專利有所增強(qiáng)，本田推出的混合動(dòng)力汽車都是基于并聯(lián)系統(tǒng)，與豐田的混聯(lián)系統(tǒng)有所差別，這種差別或許是基于結(jié)構(gòu)和重量的考量，也可能是出于專利技術(shù)等多方面的綜合考慮。

圖10 2002-2011年本田專利聚類圖

與上述兩個(gè)以混合動(dòng)力汽車為主的公司相比，日產(chǎn)的專利策略有所不同。（見圖11）在整車技術(shù)聚類中，日產(chǎn)近期X21-A06、X21-A05兩個(gè)分類的專利增多，它們分別表示電動(dòng)汽車數(shù)字顯示和電池測量技術(shù)。在電源技術(shù)聚類中，后期較多關(guān)注了電極、電池單元等用以提高電池性能的技術(shù)。

圖11 2002-2011年日產(chǎn)專利聚類圖

4 、小結(jié)

專利分析的結(jié)果顯示，豐田、本田和日產(chǎn)三家汽車生產(chǎn)廠商各自擁有自己的核心技術(shù)。豐田公司長久以來堅(jiān)持發(fā)展混合動(dòng)力汽車，早期就在專利上有較大投入，之后一直不斷地加強(qiáng)混合動(dòng)力專利網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，這部分專利一直處于公司的中心地位。從其專利分布中也可以看出，豐田的混合動(dòng)力技術(shù)涉及面較廣，在各個(gè)分類中都有較多的專利；與豐田相比，本田的混合動(dòng)力專利相對(duì)狹小，且主要集中于并聯(lián)技術(shù)，數(shù)量遠(yuǎn)不及豐田公司。此外，本田公司比較注重燃料電池汽車的研發(fā)，一直保持著對(duì)燃料電池技術(shù)專利的持續(xù)投入；日產(chǎn)公司則在混合動(dòng)力、燃料電池和純電動(dòng)汽車這三種汽車技術(shù)專利研發(fā)上的投入較為均勻，而后期逐步轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車技術(shù)。因此，日產(chǎn)公司雖然一直有混合動(dòng)力和燃料電池汽車的專利，但其產(chǎn)業(yè)化情況并不顯著。

專利分析也反映出這三家汽車廠商的一些相同之處。首先，三家汽車廠商都非常注重汽車微處理器的開發(fā)，此類專利在三家汽車廠商的專利類別排名均居于首位，表明相關(guān)技術(shù)均被視為電動(dòng)汽車或汽車技術(shù)的核心。隨著汽車電氣化的加深，控制處理系統(tǒng)在整車技術(shù)中的作用將會(huì)越來越重要。其次，雖然燃料電池技術(shù)前景并不十分明晰，但三家公司仍然保持著對(duì)燃料電池技術(shù)的研發(fā)投入，其中以本田尤為突出。再者，豐田和本田的專利中也開始較多地出現(xiàn)電動(dòng)汽車技術(shù)專利，一定程度上反映了各汽車廠商均提升了對(duì)純電動(dòng)汽車研發(fā)的關(guān)注度。

表1 德溫特手工代碼釋義表

[1]王蒲生,楊君游,李平,張宇.產(chǎn)業(yè)哲學(xué)視野中全球生產(chǎn)方式的演化及其特征——從福特制、豐田制到溫特制[J].科學(xué)技術(shù)與辯證法,2008,25(3):100.

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[6]Chen,C.CiteSpace II:Detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature.Journal of the American Society for Information Science and Technology,2006,57(3):359-377.